Искусственный интеллект способен рисовать изображения кошек и писать электронные письма. Теперь эта же технология может составлять рабочий геном.
Исследовательская группа из Калифорнии заявила, что использовала ИИ для создания новых генетических кодов вирусов, и некоторым из них удалось воспроизвести и уничтожить бактерии.
Ученые из Стэнфордского университета и некоммерческого Института Arc Institute в Пало-Альто сообщили, что микроорганизмы с ДНК, созданной ИИ, являются «первым генеративным проектированием полных геномов».
Работа, описанная в препринте, может создать новые методы лечения и ускорить исследования в области искусственно сконструированных клеток. Это также» впечатляющий первый шаг » в направлении жизни, спроектированного ИИ, отметил биолог Джеф Боке из NYU Langone Health.
Боке отметил, что результаты ИИ были неожиданно хорошими, а идеи оригинальными: «были обнаружены вирусы с новыми генами, укороченными генами, а также с новыми порядками и комбинациями генов».
Впрочем, это еще не создание жизни с помощью ИИ. Ведь вирусы не являются живыми организмами. Они скорее напоминают фрагменты генетического кода с относительно простыми и маленькими геномами.
В своей работе исследователи из Arc Institute сосредоточились на создании вариантов бактериофага phiX174 — вируса, заражающего бактерии. Его геном содержит всего 11 генов и около 5000 «букв» ДНК.
Для этого использовались две версии ИИ под названием Evo, которые работают по принципу больших языковых моделей, подобных ChatGPT. Однако вместо учебников и блогов для обучения модели были использованы геномы около 2 миллионов других бактериофагов.
Возник вопрос: Имеют ли смысл геномы, предложенные ИИ? Чтобы выяснить это, калифорнийские ученые химически напечатали 302 геномных дизайна в виде цепей ДНК и добавили их к бактериям E. coli.
Ключевой момент наступил тогда, когда ученые увидели на своих чашках Петри бляшки мертвых бактерий. Впоследствии они сделали микроскопические снимки вирусных частиц, которые выглядели как размытые точки.
«Это было впечатляюще — воочию увидеть сферу, созданную ИИ», — сказал Брайан Хи, руководитель лаборатории в Arc Institute, где была проведена работа.
В общей сложности 16 из 302 сгенерированных вариантов оказались действенными — созданные компьютером фаги начали воспроизводиться, разрушая бактерии и уничтожая их.
Джей Крейг Вентер, который почти 20 лет назад создал первые организмы с лабораторно синтезированной ДНК, заявил, что методы ИИ напоминают ему «просто более быструю версию экспериментов методом проб и ошибок».
Например, когда его команда создала бактерию с лабораторно напечатанным геномом в 2008 году, это стало результатом длительного процесса тестирования различных генов. «Мы делали ручную версию ИИ-просматривали литературу, брали все известное», — отметил он.
Скорость-именно то, почему многие делают ставку на ИИ в биологии. Новые методы уже принесли Нобелевскую премию 2024 года за предсказание форм белков. Инвесторы вкладывают миллиарды в ожидание, что ИИ найдет новые лекарства. На этой неделе Lila из Бостона привлекла 235 миллионов долларов для создания автоматизированных лабораторий, управляемых искусственным интеллектом.
Вирусы, спроектированные компьютером, могут иметь и коммерческое применение. Например, иногда врачи тестируют «фаговую терапию» для лечения пациентов с тяжелыми бактериальными инфекциями. Подобные опыты продолжаются и по лечению черной гнили капусты, вызванной бактериями.
«Эта технология имеет бесспорно большой потенциал», — сказал Самуэль Кинг, студент, возглавивший проект в лаборатории Хи. Он подчеркнул, что большинство методов генной терапии используют вирусы для доставки генов в тела пациентов, а ИИ может создавать более эффективные варианты.
Стэнфордские исследователи подчеркнули, что умышленно не обучали свой ИИ вирусам, способным заражать людей. Однако существует риск того, что другие ученые — из любопытства, благих намерений или злонамеренно — могут использовать методы для создания патогенов человека, открывая новые аспекты летальности.
«Здесь я призываю к особой осторожности-в любых исследованиях по усилению вирусов, особенно случайных, когда невозможно предсказать результат», — отметил Вентер. — «Если бы кто-то сделал это с оспой или сибирской язвой, у меня были бы серьезные опасения».
Остается открытым вопрос, Способен ли ИИ создать настоящий геном большего организма. Например, E. coli имеет примерно в тысячу раз больше кода ДНК, чем phiX174. «сложность возрастет от ошеломляющей до более высокой, чем количество субатомных частиц во Вселенной», — сказал Боке.
Также до сих пор нет простого способа проверить геномы, созданные ИИ, для крупных организмов. Некоторые вирусы могут «запускаться» только из цепи ДНК, однако это невозможно в случае бактерии, мамонта или человека. Для этого ученым пришлось бы постепенно менять уже существующую клетку с помощью генной инженерии-а это все еще сложный и трудоемкий процесс.
Тем не менее, Джейсон Келли, генеральный директор Ginkgo Bioworks в Бостоне, занимающейся клеточной инженерией, считает, что именно такой подход необходим. Он убежден, что это можно будет реализовать в «автоматизированных» лабораториях, где геномы будут создаваться, тестироваться, а результаты будут возвращаться к ИИ для дальнейшего совершенствования.
По материалам: MIT Technology Review
